Espace & Particules (9/2019)

Une nouvelle molécule de carbone

En collaboration avec une équipe d’IBM en Suisse, des chimistes de l’université d’Oxford ont réussi à synthétiser un anneau de dix-huit atomes de carbone. Pour y parvenir, ils ont utilisé un microscope à force atomique afin d’arracher des atomes à une molécule de forme triangulaire comportant 24 atomes de carbone et huit d’oxygène. Le microscope à force atomique a permis de constater que l’anneau qui s’est reconstitué comporte une alternance de liaisons simples et triples. Des chercheurs avaient tenté depuis une cinquantaine d’années de synthétiser cette molécule.

 

Le trou noir le plus massif de l’Univers

Le trou noir situé au centre d’Holmberg 15A, une galaxie elliptique supergéante située quelque 700 millions d’années-lumière de la Terre, est le plus massif à avoir été mesuré directement dans l’Univers. La masse d’Holm 15A*, qui a été détecté à l’aide de l’instrument Muse – l’un des quatre télescope du VLT (Very large telescope) de l’Observatoire européen austral –, est de 40 milliards de fois celle du Soleil, soit 10’000 fois celle de Sgr A*, le trou noir supermassif de la Voie lactée.

Le même instrument situé sur le Cerro Paranal, dans le désert d’Atacama au Chili, a détecté pour la première fois des matériaux ionisés éjectés après l’explosion d’une supernovæ émettant une faible lumière visible. Les différents niveaux d’ionisation détectés reflètent le parcours de l’onde de choc, permettant ainsi de développer des modèles d’explosions de supernovæ.

 

Découverte de skyrmions électriques

Le skyrmion est une quasi-particule théorisée en 1962 par le physicien britannique Tony Skyrme et dont la découverte a été annoncée en 2009 par des physiciens de l’Université technique de Munich. On connaissait les skyrmions magnétiques – un arrangement local de moments magnétiques à la base de mémoires d’un nouveau genre pour les ordinateurs du futur. Mais on ne connaissait pas encore les skyrmions électriques, qu’une équipe internationale vient de mettre en évidence.

En ajustant la taille des répétitions de deux types de multicouches cristallines composées d’oxyde de titane, de plomb et de strontium, les chercheurs ont découvert dans ce matériau, une texture de polarisation électrique qui s’apparente à un ensemble de skyrmions électriques. Ces particules pourraient être intéressantes pour la consommation d’électricité de l’électronique du futur, en raison des faibles courants mis en jeu.

 

Un premier composant a pris place dans le HL-LHC

Dénommé TANB, un premier composant définitif du LHC à haute luminosité (HL-LHC) a pris place dans le tunnel du grand collisionneur de hadrons du CERN. Il s’agit d’un absorbeur dont la mission consiste à protéger les équipements de l’accélérateur en stoppant les particules de part et d’autre de l’expérience LHCb. Au cours du deuxième long arrêt technique en cours jusqu’en 2021, l’expérience LHCb, qui explore les légères différences existant entre matière et antimatière, va en effet connaître des améliorations majeures qui lui permettront d’enregistrer cinq fois plus de collisions à partir de 2021.

«Deux absorbeurs du même type existent de part et d’autre des expériences ATLAS et CMS. Mais pour l’expérience LHCb, nous avons dû réaliser un nouveau développement, notamment à cause du manque de place dans l’accélérateur», explique Francisco Sanchez Galan, responsable du projet. L’espace est une denrée rare dans le LHC, surtout aux abords des expériences. Il fallait donc réaliser l’absorbeur le plus simple et le plus compact possible.

Au terme d’une étude de conception poussée et de nombreuses simulations, les ingénieurs ont démontré que l’on pouvait réaliser un absorbeur plus compact – mais tout aussi efficace – en optant pour un emplacement plus éloigné. Plusieurs modèles ont été proposés et l’absorbeur optimal a finalement vu le jour sur le papier avant d’être fabriqué en Allemagne. Il mesure seulement 65 cm d’épaisseur, contre 5 m pour les modèles précédents. Parallèlement, une table de positionnement novatrice a été développée.

Le LHC à haute luminosité, qui entrera en service en 2026, va pousser les performances de l’actuel accélérateur en multipliant le nombre de collisions qui se produisent au cœur des expériences.

 

Des tissus humains imprimés pour la santé des astronautes

Dans le cadre d’un projet de l’Agence spatiale européenne, dont le but est de contribuer à maintenir la bonne santé des astronautes en route vers Mars, des premiers échantillons de peau et d’os ont été bio-imprimés en 3D. Ces échantillons ont été préparés par des scientifiques de l’Hôpital universitaire de l’Université technique de Dresde, dans le cadre d’un consortium de projet dont OHB System – une entreprise du domaine spatial située à Brême, en Allemagne du Nord – est le maître d’œuvre, et dont fait également partie le spécialiste des sciences de la vie Blue Horizon.

«Les cellules de peau peuvent être bio-imprimées en utilisant du plasma sanguin humain comme bio-encre riche en nutriments; celui-ci serait facilement accessible auprès des membres d’équipage de la mission. Le plasma a néanmoins une consistance très fluide, ce qui le rend difficile à utiliser dans des conditions de gravité altérée. Nous avons donc développé une recette modifiée en ajoutant de la méthylcellulose et de l’alginate pour augmenter la viscosité du substrat. Les astronautes pourraient obtenir ces ingrédients à partir de plantes et d’algues, une solution faisable dans le cadre d’une expédition spatiale autonome», commente Nieves Cubo de l’Université technique de Dresde.

La production d’échantillon d’os a nécessité l’impression de cellules souches humaines à partir d’une composition de bio-encre similaire, à laquelle un ciment osseux à base de phosphate de calcium comme matériau de support de la structure a été ajouté; celui-ci est ensuite absorbé pendant la phase de croissance. Afin de prouver que cette technique de bio-impression est transférable dans l’espace, l’impression des échantillons de peau et d’os a été faite «à l’envers». Puisque l’accès prolongé à la micropesanteur n’est pas pratique, le défi représenté par un test «en gravité -1G» représentait la meilleure des options. 

Ces échantillons représentent les premières étapes d’une ambitieuse feuille de route qui vise à rendre la bio-impression 3D pratique pour l’espace. Le projet cherche à déterminer les installations embarquées qui seraient nécessaires, en termes d’équipement, de salle d’opération et d’environnement stérile, mais étudie également la capacité à créer des tissus plus complexes pour des transplants, qui pourrait à terme aboutir à l’impression d’organes internes entiers.